fullseye

itof_capture — OPTICS `itof` op

データ種: depth → table
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.itof_capture(depth, reflectivity=None, frequencies_hz=(20000000.0,), n_phases=4, signal_electrons=2000.0, demod_contrast=0.5, ambient_electrons=0.0, read_noise_e=0.0, waveform='sine', paths_depth=None, paths_amplitude=None, supersample=1, falloff_m=None, noise=True, seed=0) (実装を直接呼ぶなら import itof; itof.itof_capture(depth, reflectivity=None, frequencies_hz=(20000000.0,), n_phases=4, signal_electrons=2000.0, demod_contrast=0.5, ambient_electrons=0.0, read_noise_e=0.0, waveform='sine', paths_depth=None, paths_amplitude=None, supersample=1, falloff_m=None, noise=True, seed=0)、台帳から引くなら opsoptics.get("itof_capture"))

使い方

距離の図 → 間接 ToF の生信号(周波数ごとに K 段のバケット、電子数)。table(dict)を返す。

画素(細かく描いた標本)ごとに、直接の経路(距離 depth、強さ signal_electrons · reflectivity)と、任意で余分な経路(paths_depth = 往復の経路長の半分 [m]、paths_amplitude = signal_electrons に掛ける強さ)が入る。経路 p の位相は φ_p = 4π f d_p / c。段 k(参照の位相 θ_k = 2πk/K)のバケットの期待値は

m_k = (Σ_p a_p + ambient) / K + demod_contrast · Σ_p a_p · corr(φ_p − θ_k) / K

(corr は waveform: "sine" なら cos、"square" なら矩形どうしの相関 = 三角波、配列なら余弦の係数 c_1..c_N)。つまり 1 回の測定(K 段の合計)に信号 a_p 電子と背景光 ambient_electrons 電子が入る。noise が真なら各バケットに Poisson のショット雑音と、標準偏差 read_noise_e の正規の読み出し雑音を足す。

supersample = s > 1 なら depth などはセンサの s 倍の細かさで描いたものとみなし、s × s の標本のバケットを平均して 1 画素にする(バケットは経路の光の線形和なので、これは画素の開口で光を足すのと同じ)。前景と背景をまたぐ画素では 2 つの位相が混ざり、フライングピクセルが生まれる。 falloff_m を与えると直接の経路の強さに (falloff_m / depth)²(逆二乗)を掛ける。

返す dict: kind("itof_raw")、samples (F, K, H, W)、mean_samples(雑音なしの期待値)、 frequencies_hz、phase_offsets_rad、true_depth(画素内の直接経路の距離の平均)、mixed(画素内の距離の幅 [m])、waveform、demod_contrast、read_noise_e、ambiguity_range (F,)。

Raises ValueError: depth が 2 次元でない・正でない・非有限 / reflectivity・経路の形が合わない・負 / 周波数が (0, 2 GHz] でない・重複 / n_phases が 3〜32 でない / demod_contrast が (0, 1] でない / 電子数が負 / 形が supersample で割り切れない / 画素数・経路数・計算量が上限を超える / waveform が不正。

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):

単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。
文字列は ValueError — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。
complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError。
0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。
非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。
サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。

物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-

が奇数などの不正な Zernike 添字。

詳しい使い方ガイド

optics_imaging ファミリガイド

参考(サンプルデータ・文献)

サンプルデータカタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

poc_itof_multifreq — py -3.11 examples/poc_itof_multifreq.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同カテゴリ(`itof`)

itof_phase_amplitude · itof_noise_budget · itof_unwrap_multifreq · itof_unwrap_error_rate · itof_multipath_separate · itof_flying_pixel_mask · itof_wiggling_correct

Provenance: itof.py — OPTICS operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。

This site is open source. Improve this page.